净零排放：海水淡化的转型故事 淡水短缺是我们这个时代最紧迫的挑战之一，这种问题在全球许多地区愈发严重，尤其是在一些人口快速增长、天然水资源匮乏的地区。中东就是这样一个地区，属于世界上最干旱的地区之一。预计未来几十年，该地区面临的淡水压力将显著增加。由于能够轻松获得海水，海水淡化成为了满足该地区居民和经济体淡水需求的一个关键技术手段。 在这些海水淡化技术中，基于膜的海水反渗透（SWRO）技术因其高效的淡化能力和相对较小的占地面积而被广泛采用。反渗透海水淡化通过半透膜分离海水中的水和无机盐溶质，利用能量克服海水的渗透梯度，从而产生低盐度的淡水和高浓度的浓盐水。随着工业和人口的快速增长，对SWRO的依赖性也在增加。因此，优化现有的SWRO工厂和设计新型高效工厂变得至关重要。
净零排放：海水淡化的转型故事
淡水短缺是我们这个时代最紧迫的挑战之一，这种问题在全球许多地区愈发严重，尤其是在一些人口快速增长、天然水资源匮乏的地区。中东就是这样一个地区，属于世界上最干旱的地区之一。预计未来几十年，该地区面临的淡水压力将显著增加。由于能够轻松获得海水，海水淡化成为了满足该地区居民和经济体淡水需求的一个关键技术手段。
在这些海水淡化技术中，基于膜的海水反渗透（SWRO）技术因其高效的淡化能力和相对较小的占地面积而被广泛采用。反渗透海水淡化通过半透膜分离海水中的水和无机盐溶质，利用能量克服海水的渗透梯度，从而产生低盐度的淡水和高浓度的浓盐水。随着工业和人口的快速增长，对SWRO的依赖性也在增加。因此，优化现有的SWRO工厂和设计新型高效工厂变得至关重要。
SWRO工艺在过去十年中经历了多次改进，但它仍然是一个高能耗和高化学需求的过程，这加剧了环境压力。为了应对这一挑战，ACWA Power在大规模海水淡化工厂的设计中开创了一种新的模式，将能源需求作为所有设计工作的核心，并通过借鉴其他核心业务的知识应用于淡化工厂的新设计方法。
仅在过去的十几年中，我们就将能耗从每立方米22千瓦时减少到不到3千瓦时——几乎减少了90%的电力消耗。这不仅有利于我们的经济效益，对地球也有积极作用。
ACWA Power一直是降低反渗透海水淡化的比能耗（specific energy consumption-SEC）的推动者。从一开始，技术创新就一直是我们业务基因的一部分，并继续成为我们运营方式的核心以及成功的关键。我们的研发旨在优化效率，以可靠、负责地低成本生产淡化水。
将能耗压缩至接近理论水平的迫切需求推动了研究，主要集中在提高工艺的能源效率方面。新型材料的使用被广泛探索，以开发具有超高水渗透性和高水-溶质选择性的下一代淡化膜。然而，尽管在开发高效膜方面做出了大量研究努力，但能耗的减少仍然有限。这要求在当前淡化研究方法中进行模式转变，转向合理的系统设计以及工艺操作的优化。
为了让SWRO工厂达到其长期最大潜力并始终保持高水质的产水，预处理系统的有效性是一个关键因素。高效的预处理可以提高海水进入RO膜的水质，减少结垢的可能性，从而减少RO膜的损坏，延长其使用寿命并降低能耗。
生物污染是SWRO过程中的一个常见问题。为了应对这一挑战，我们在多个方面努力，包括测试新型预处理技术，例如基于陶瓷和石墨烯的超滤膜，测试先进的过滤介质，甚至开发更高效的水质测试方法，以便在问题发生之前就可以预测和检测生物污染。
在RO膜上沉积无机矿物质或结垢问题发生在RO膜上的盐浓度超过溶解度限制时。为缓解结垢问题，在进水预处理中添加阻垢剂是一种最具成本效益的方法。阻垢剂通过螯合、分散和/或阻止晶体生长来抑制矿物质的形成。通过这些措施，我们能够保持更清洁的膜表面，降低清洗频率，并最终提高膜的寿命。
尽管阻垢剂可以缓解无机结垢，但它们可能增加生物污染的风险，而生物污染被认为是最难处理的结垢问题。根据其化学成分，阻垢剂可以作为微生物生长的磷和碳来源。
我们与沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的合作伙伴共同开发了一种方法，通过使用核磁共振（NMR）光谱来评估阻垢剂的细菌生长潜力和化学结构，从而能够理性地选择阻垢剂。
该行业还需要更高质量和新型的传感器，以便从工厂获取更多数据，并开发工具以智能方式使用这些数据。我们正在研究人工智能（AI）的进步，以改进传感技术，使我们能够转向预测性分析。这与我们整体研究项目的方向高度一致，使我们能够开发出一个全面的监测系统，通过最新技术进一步优化工厂的性能。
我们开发了一个模型，利用基于人工神经网络的算法来优化混凝剂的化学用量。该模型用于根据混凝剂的投加率预测过滤海水的淤泥密度指数（SDI）。所开发的算法使混凝剂消耗量减少了11.7%，从而降低了海水淡化厂的运营成本。
我们使用淡化厂的运营数据开发了一个自动化膜性能追踪和诊断系统。该系统包含来自超过20个海水淡化厂的数据，总产能超过500万立方米/天。此系统提供宝贵的见解，例如预测下一次在线清洗（CIP）的时间，识别膜性能下降的根本原因。这种系统使SWRO工厂能够进行预防性和纠正性维护，从而优化日常运营并降低运营成本。
我们开发了一个逆渗透性能模型（PMRO），可以实时预测工厂性能并识别最佳节能点，以最小化每单位水的能耗（SEC）并降低运营成本。PMRO程序是第一个将SWRO过程视为一个完整耦合系统的公共领域模型，它旨在满足所有参与SWRO工厂优化过程的利益相关者的需求，从管理人员到操作人员以及研究人员。
我们最近与一家欧洲初创公司合作开发了一项新的颠覆性淡化技术。预计这种技术可以处理含盐量为42,000 ppm的海水，总工厂能耗（SEC）将等于或小于2.2 kWh/m?。该技术不需要任何化学添加剂，并且比典型的海水淡化厂产生更低盐度的浓盐水。我们的目标是生产一种无毒、洁净、低盐度的排放物，同时能耗减少三分之一，将碳足迹进一步降低30%。
随着创新的不断推进，我们将继续推动向净零排放淡化的过渡，目标是提供更洁净、更经济和更高效的淡水解决方案。作为一项必不可少的淡水生产技术，海水淡化的潜力仍然巨大，但我们也必须为环境的可持续性而努力。
